[科普中国]-快看这些机器人，简直要成精了！

作者： 莔莔

编辑：Yuki

从《超能陆战队》到《战斗天使：阿丽塔》，机器人技术始终是科幻作品所关注的主要领域之一。而随着科学技术的发展，工业机器人、类人机器人、柔性机器人、纳米机器人等等，早已不再仅仅是科幻小说里的构想。不知不觉间它们已经来到了我们身边，也许很快就会改变我们的生活。《科学：机器人》杂志前段时间评选出了2018年度十大机器人技术，让我们一起来围观下都有哪些机器人强势出镜吧！

（《科学：机器人》杂志。图片来源：sciencemag.org）

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Atlas的身高是1.5米，体重则有75公斤，按人类的标准来讲可谓是一个“小胖子”。但是这个机器小胖子却十分灵活，能够在崎岖的地形上行走，在受到干扰时保持平衡，还能像体操运动员一样后空翻。在最新的视频里，它甚至能像人类一样“跑酷”，行云流水般地跳过圆木、跳上层层堆叠的木箱。 Atlas使用视觉系统测量到跑酷障碍的距离并调整自身，是机器人行动能力上的一个新突破 。

（“活蹦乱跳”的Atlas。）

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机器人手术是近些年来最重要的手术创新之一，如今越来越多的手术也开始使用机器人来完成。而临床上的进一步应用，则取决于能否继续降低成本并扩展其应用范围。Intuitive Surgical研发的达芬奇平台一直是该领域的先锋。 外科医生可以从一根仅2.5厘米粗细的插管内，控制三个灵活可动的手术工具，同时使用铰链式内窥镜观察深部病变 。

（达芬奇SP平台。）

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想象一下，如果某种机器人能够模仿葡萄藤、神经元或真菌菌丝的生长过程，并将其放大、加速、进行控制，该会是怎样一种形态？研究人员设计了一种折叠式的管状柔性材料，加压时前部的材料会被向外推动，从而使得整个机器人向外生长。这种仿生的柔性机器人设计能够在复杂环境中避开障碍、在管道中进行导航，因而 有望用于医疗设备以及探索和搜救机器人的研发 。

（可以生长的柔性机器人。）

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液晶弹性体相当于一种具有液晶性质的橡胶，它可以随着温度的变化而产生形变，作为机器人的执行器使用。在高温下用液晶弹性体墨水进行3D打印，能够方便地设计并制造出具有特定结构功能的液晶弹性体， 有助于大尺寸柔性机器人及其动态功能结构的设计 。

（液晶弹性体。图片来源：参考文献[1]）

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Peano-HASEL是一种透明且具有传感反馈的柔性执行器，它模拟了肌肉的工作方式，结合了静电和液压原理，在施加电压的时候能够产生线性收缩。这种执行器功能强大，用途广泛，同时又成本低廉，通过塑封技术及廉价的商用材料即可生产。 它“臂力惊人”，甚至可以举起自身200倍以上的重量 。

（可以模仿肌肉的执行器。）

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DNA不仅可以作为遗传物质，还能用作纳米机器人的驱动部件，在纳米尺度上折叠成不同的形状。一个按照设计组装好的DNA“零件”，可以在外部电场作用下进行精确的纳米级运动。 这些纳米级机器人系统可以“搬运”分子或纳米颗粒，也可以在纳米尺度去合成和组装新型材料 。

（DNA来组装纳米机器人。图片来源：参考文献[1]）

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仿生机器人技术既是人类对自然的模仿，同时也有助于人类对其机理的深入理解。DelFly Nimble是一款可编程的小型扑翼飞行器，具有出色的灵活性，能够进行360°侧倾和俯仰翻转。它的大小约是果蝇的50倍，可以精确地再现果蝇的快速逃逸动作。

（仿生振翼机器人：DelFly Nimble。图片来源：参考文献[1]）

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钢铁侠的战衣虽然很气派，但若当作平常人日常生活中佩戴的外骨骼，就显得有些笨重了。而下面这种轻盈而有弹性的动力外套，提供了整合面料设计、传感、控制和驱动的新方法，能够增加穿着者的力量、平衡性及耐力。潜在的应用包括 帮助老年人增强肌肉力量，支持他们的活动性和独立性，以及治疗帕金森病引起的运动障碍等等 。

（可穿戴式机器人。图片来源：参考文献[1]）

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工业机器人是最早开始商用的机器人技术之一。从实验室、工厂、物流到外科手术，Universal Robots（UR）机器人手臂开始变得无处不在。新型e系列协作机器人呼应了协同自动化的大趋势，可以通过动手演示而非编程进行学习。 借助更完善的安全性设计，机器人可以在更丰富的环境下与人互动，和人类操作员共同学习、协作 。

（UR机器人手臂Cobots。）

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在著名的玩具狗aibo诞生20年之际，索尼终于推出了它的最新款。它带来了新的外观、更强的语音理解以及学习能力，可以为儿童及老年人提供情感陪伴。 它的核心功能是去理解用户感受、与用户互动，以及“推测”用户的意图 。在此基础上，aibo能够“随机应变”，根据环境变化进行学习，而不是仅仅遵照编写好的程序执行动作。

（aibo能够“随机应变。图片来源：参考文献[11]）

自科幻作家艾萨克·阿西莫夫提出用机器人学（Robotics）一词来描述这一研究领域以来，机器人技术已经发展了接近60年。虽然这些机器距离真正的自律型机器人还很遥远，但它们已经开始成为这个现代社会不可或缺的一部分。也许很快，人类就要迈入一个身边遍布机器人的新纪元了呢。

作者名片

排版： 凝音

题图来源：Unsplash

参考文献：

[1] Yang G Z, Full R J, Jacobstein N, et al. Ten robotics technologies of the year[J]. Sci. Robot., 2019, 4(16): eaaw1826.

[2] https://www.bostondynamics.com/

[3] https://www.intuitive.com/

[4] Hawkes E W, Blumenschein L H, Greer J D, et al. A soft robot that navigates its environment through growth[J]. Science Robotics, 2017, 2(8): eaan3028.

[5] Kotikian A, Truby R L, Boley J W, et al. 3D printing of liquid crystal elastomeric actuators with spatially programed nematic order[J]. Advanced Materials, 2018, 30(10): 1706164.

[6] Kellaris N, Venkata V G, Smith G M, et al. Peano-HASEL actuators: Muscle-mimetic, electrohydraulic transducers that linearly contract on activation[J]. Science Robotics, 2018, 3(14): eaar3276.

[7] Kopperger E, List J, Madhira S, et al. A self-assembled nanoscale robotic arm controlled by electric fields[J]. Science, 2018, 359(6373): 296-301.

[8] Karásek M, Muijres F T, De Wagter C, et al. A tailless aerial robotic flapper reveals that flies use torque coupling in rapid banked turns[J]. Science, 2018, 361(6407): 1089-1094.

[9] Ding Y, Kim M, Kuindersma S, et al. Human-in-the-loop optimization of hip assistance with a soft exosuit during walking[J]. Sci. Robot., 2018, 3(15): eaar5438.

[10] https://www.universal-robots.com/

[11] https://us.aibo.com/